一種蔬果采摘機器人及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)機械技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種蔬果采摘機器人，本發(fā)明還涉及一種蔬果采摘機器人及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]采摘技術(shù)是蔬果產(chǎn)品生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，且勞動密集型強，再加上時令的要求，保證作業(yè)質(zhì)量成為關(guān)鍵問題。我國是多類型水果蔬菜種植大國，但是浪費比較嚴重。除儲存、運輸?shù)确矫鎲栴}外，采摘效率不高則占有主要因素。而導(dǎo)致這一因素的原因就是采摘機械不成熟。
[0003]隨著計算機和自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，農(nóng)業(yè)機械將進入高度自動化和智能化時代。蔬果種植業(yè)的發(fā)展將進一步推動農(nóng)用機械市場的需求。
[0004]現(xiàn)有的采摘技術(shù)以手工采摘為主，并借助部分傳統(tǒng)的手工工具及現(xiàn)代半自動手工工具?，F(xiàn)有的蔬果采摘機械主要集中于果實采摘機械手和單一的機械采摘手臂。現(xiàn)有的人工采摘技術(shù)勞動量大，效率低，且具有一定的危險性；機械手臂需人工搬運，采摘效率低；采摘環(huán)境的非結(jié)構(gòu)化給采摘帶來困難；果實的識別率、定位精度低；果實的損傷率較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種蔬果采摘機器人及其控制方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的采摘種類單一、工作效率低及勞動量大的問題。
[0006]本發(fā)明的另一目的是提供一種蔬果采摘機器人及其控制方法。
[0007]本發(fā)明所采用的第一技術(shù)方案是，一種蔬果采摘機器人及其控制方法，包括行走機構(gòu)，行走機構(gòu)上設(shè)置有底座，底座的前后兩端均設(shè)置有儲物籃，底座上設(shè)置有執(zhí)行機構(gòu)、識別系統(tǒng)、第一驅(qū)動機構(gòu)、第二驅(qū)動機構(gòu)和控制器，控制器通過導(dǎo)線分別連接有識別系統(tǒng)、第一驅(qū)動機構(gòu)和第二驅(qū)動機構(gòu)。
[0008]本發(fā)明的特點還在于：
[0009]執(zhí)行機構(gòu)包括依次連接的機械臂、小臂、手腕和手指，機械臂與底座活動連接；執(zhí)行機構(gòu)至少設(shè)置有2個，每個執(zhí)行機構(gòu)上設(shè)置有一個第一驅(qū)動機構(gòu)；第一驅(qū)動機構(gòu)通過導(dǎo)線分別與機械臂、小臂、手腕和手指相連接。
[0010]手指包括剪刀和夾持機構(gòu)；剪刀的前端為剪刀刃，剪刀的后端通過液壓缸與手腕相連接，夾持機構(gòu)的前端設(shè)置有兩個夾鉗，兩個夾鉗設(shè)置于剪刀刃下方，夾鉗通過鉸鏈與液壓缸相連接；夾持機構(gòu)通過螺紋聯(lián)接固定在手腕的前端。
[0011]手腕包括回轉(zhuǎn)缸體，回轉(zhuǎn)缸體的兩端分別設(shè)置有回轉(zhuǎn)缸前蓋和回轉(zhuǎn)缸后蓋，回轉(zhuǎn)缸體內(nèi)設(shè)置有旋轉(zhuǎn)缸體，旋轉(zhuǎn)缸體內(nèi)設(shè)置有活塞桿，活塞桿穿過回轉(zhuǎn)缸前蓋與小臂相連接；回轉(zhuǎn)缸后蓋固定連接有第四轉(zhuǎn)向定子，第四轉(zhuǎn)向定子依次活動連接有第三轉(zhuǎn)向定子、第二轉(zhuǎn)向定子和第一轉(zhuǎn)向定子；回轉(zhuǎn)缸后蓋和活塞桿之間設(shè)置有密封圈。
[0012]識別系統(tǒng)包括傳感器和圖像識別分析儀；傳感器和圖像識別分析儀分別通過導(dǎo)線與控制器相連接；傳感器設(shè)置有兩個，傳感器分別設(shè)置于剪刀的兩側(cè)，圖像識別分析儀安裝在控制器處。
[0013]行走機構(gòu)包括履帶，履帶內(nèi)設(shè)置有驅(qū)動輪，驅(qū)動輪上設(shè)置有第二驅(qū)動機構(gòu)；第二驅(qū)動機構(gòu)為液壓傳動機構(gòu)。
[0014]行走機構(gòu)為四輪機構(gòu)或者機械腿機構(gòu)。
[0015]本發(fā)明所采用的第二技術(shù)方案是，一種蔬果采摘機器人及其控制方法，采用上述的蔬果采摘機器人，具體按照以下步驟實施：
[0016]步驟1、初始化，將蔬果采摘機器人初始化；
[0017]步驟2、蔬果采摘機器人通過行走機構(gòu)行走于蔬果園里，識別系統(tǒng)通過傳感器對果實進行掃描，搜集果實的成熟程度、外形和果實的位置信息，并將果實的成熟程度、外形和果實的位置信息傳遞給圖像識別分析儀，圖像分析儀接收到傳感器發(fā)出的信號并進行數(shù)字成像，對果實的成熟度、外形和位置進行分析，將分析結(jié)果傳遞給控制器；
[0018]步驟3、控制器通過第一驅(qū)動機構(gòu)控制執(zhí)行機構(gòu)進行果實采摘，具體為：第一驅(qū)動機構(gòu)控制機械臂進行伸縮，以準確達到果實目標的位置，防止損壞果實，在對果實定位后，第一驅(qū)動機構(gòu)控制手腕以調(diào)整手指在空中的姿態(tài)；之后，第一驅(qū)動機構(gòu)控制夾持機構(gòu)夾持住果實，并用剪刀對果實進行采摘；
[0019]步驟4、手指將米摘后的果實放入儲物籃內(nèi)，完成米摘任務(wù)。
[0020]本發(fā)明的有益效果是：本裝置應(yīng)用融合仿生機器人多傳感器，自動行走和多自由度的特點，不同于其它機械手臂固定模式?？蓪崿F(xiàn)多個機械臂同時運動（伸縮、升降），一個機械手臂確定采摘位置，其它機械臂對該位置的信號自動屏蔽；整體的定向移動不需過多人為操作；小臂及加持部分可多角度的自由旋轉(zhuǎn)和自由擴張。
[0021]本應(yīng)用的小臂能自由更換，采摘對象廣泛，不僅可以采摘樹上的果實，也可采摘較低的植物果實；履帶式行走機構(gòu)帶動多個機械臂同時工作，采摘效率高；小臂靈活，動作連續(xù)，機械手臂伸張范圍大，能適應(yīng)多種運作環(huán)境；多傳感器功能及數(shù)字成像技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)了對果實的精確辨別和定位；通過傳感器檢測控制加持力量，避免損傷果實。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明蔬果采摘機器人的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是本發(fā)明手指的連接關(guān)系圖；
[0024]圖3是本發(fā)明手指與其他部件之間的連接關(guān)系圖；
[0025]圖4是本發(fā)明手腕的連接關(guān)系圖；
[0026]圖5是本發(fā)明控制器的連接關(guān)系圖。
[0027]圖中，1.履帶，2.底座，3.儲物籃，4.執(zhí)行機構(gòu)，5.控制器，6.機械臂，7.第一驅(qū)動機構(gòu)，8.手腕，9.手指，10.剪刀，11.夾持機構(gòu)，12.傳感器，13.圖像分析儀，14.第二驅(qū)動機構(gòu)，15.第一轉(zhuǎn)向定子，16.第二轉(zhuǎn)向定子，17.第三轉(zhuǎn)向定子，18.第四轉(zhuǎn)向定子，19.回轉(zhuǎn)缸后蓋，20.回轉(zhuǎn)缸體，21.轉(zhuǎn)子，22.回轉(zhuǎn)缸前蓋，23.旋轉(zhuǎn)缸，24.密封圈，25.活塞桿，26.驅(qū)動輪，27.小臂，28.剪刀刃，29.夾鉗，30.識別系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0029]本發(fā)明提供一種蔬果采摘機器人及其控制方法，如圖1所示，包括履帶1，履帶1上設(shè)置有底座2，底座2的前后兩端均設(shè)置有儲物籃3，底座2上設(shè)置有執(zhí)行機構(gòu)4、識別系統(tǒng)30、第一驅(qū)動機構(gòu)7、第二驅(qū)動機構(gòu)14和控制器5，控制器5通過導(dǎo)線分別連接有識別系統(tǒng)30、第一驅(qū)動機構(gòu)7和第二驅(qū)動機構(gòu)14。
[0030]其中，執(zhí)行機構(gòu)4包括依次連接的機械臂6、小臂27、手腕8和手指9，機械臂6與底座2活動連接，如圖2和3所示，手指9包括剪刀10和夾持機構(gòu)11 ;剪刀10的前端為剪刀刃28，剪刀10的后端通過液壓缸與手腕8相連接，夾持機構(gòu)11的前端設(shè)置有兩個夾鉗29，兩個夾鉗29設(shè)置于剪刀刃28下方，夾鉗29通過鉸鏈與液壓缸相連接；夾持機構(gòu)11通過螺紋聯(lián)接固定在手腕8的前端。
[0031]如圖4所示，手腕8包括回轉(zhuǎn)缸體20，回轉(zhuǎn)缸體20的兩端分別設(shè)置有回轉(zhuǎn)缸前蓋22和回轉(zhuǎn)缸后蓋19，回轉(zhuǎn)缸體20內(nèi)設(shè)置有旋轉(zhuǎn)缸體23，旋轉(zhuǎn)缸體23內(nèi)設(shè)置有活塞桿25，活塞桿25穿過回轉(zhuǎn)缸前蓋22與小臂27相連接；回轉(zhuǎn)缸后蓋19固定連接有第四轉(zhuǎn)向定子18，第四轉(zhuǎn)向定子18依次活動連接有第三轉(zhuǎn)向定子17、第二轉(zhuǎn)向定子16和第一轉(zhuǎn)向定子15 ;回轉(zhuǎn)缸后蓋19和活塞桿25之間設(shè)置有密封圈24。
[0032]如圖5所示，識別系統(tǒng)包括通過導(dǎo)線相連接的傳感器12和圖像識別分析儀13。其中，傳感器12共有兩個，用來自動辨別果實形狀及成熟度，傳感器12分別設(shè)置于剪刀10的兩側(cè)，圖像識別分析儀13與傳感器12均與控制器5相連接，被安裝在蔬果采摘機器人控制器5處。
[0033]行走機構(gòu)包括履帶1，履帶1內(nèi)設(shè)置有驅(qū)動輪26，驅(qū)動輪26上設(shè)置有第二驅(qū)動機構(gòu)14 ;第二驅(qū)動機構(gòu)14為液壓傳動機構(gòu)。行走機構(gòu)1也可以采用四輪機構(gòu)或者機械腿機構(gòu)。
[0034]第二驅(qū)動機構(gòu)14為液壓傳動機構(gòu)，采用馬達MAG挖掘機，與驅(qū)動輪26相連接并通過螺釘被安裝在驅(qū)動輪26的內(nèi)側(cè)。驅(qū)動機構(gòu)7通過導(dǎo)線分別與機械臂6、小臂6、手腕8和履帶1相連接。機器人全面采用液壓機構(gòu)，操作方便；多個執(zhí)行機構(gòu)同時運動，第一驅(qū)動機構(gòu)確定采摘位置后，屏蔽其他驅(qū)動機構(gòu)對該位置的信號；當一個執(zhí)行機構(gòu)4的傳感器12接收到信息后反饋給圖像識別分析儀13進行分析，并對該執(zhí)行機構(gòu)4下達指令進行采摘，其間控制器5對其他執(zhí)行機構(gòu)4的傳感器12對該位置的信號進行屏蔽。
[0035]控制算法：采用人工勢場法算法主要基本思想把機器人在環(huán)境中的運動看作一種虛擬人工受力場中的運動，障礙物對機械手臂產(chǎn)生斥力作用，而目標點對機器人則產(chǎn)生引力作用，這兩者的合力控制著機械臂的運動、運動方向以及能夠達到的位置。
[0036]不同地域，可以替換履帶1。平地采用四輪機構(gòu)，裝置簡單、速度快；泥濘陡峭的山地采用機械腿機構(gòu)。
[0037]在上述